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:
A reação processada num reator PFR simples, seria conveniente a adição de um inerte na corrente de alimentação? Por que?
Passo 1
Beleza, vamos lá! Você me apresentou um exercício em que o reagente A se decompõe em três produtos diferentes dentro de um reator PFR (Plug Flow Reactor). As três reações são:
com velocidade
com velocidade
com velocidade
A pergunta é: Seria conveniente adicionar um inerte na corrente de alimentação do reator PFR? Por quê?
Vamos utilizar conceitos de cinética química e balanço de massa para resolver isso.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que significa adicionar um inerte. Um inerte é uma substância que não participa das reações químicas no sistema. Quando adicionamos um inerte na corrente de alimentação, estamos essencialmente diluindo a concentração do reagente A.
Por que isso pode ser importante? Porque as velocidades das reações dependem da concentração de A. Então, ao diluir A com um inerte, podemos influenciar as taxas das três reações.
Passo 3
Vamos analisar cada reação:
Para :
A velocidade depende de de forma linear ().
Ou seja, se diminui, diminui proporcionalmente.
Para :
A velocidade depende de .
Aqui, a diminuição de tem um efeito mais que proporcional sobre .
Para :
A velocidade depende de .
Neste caso, a diminuição de tem um efeito menos que proporcional sobre .
Isso significa que, ao diminuir com um inerte, r_{D} e r_{U} diminuem, mas r_{I} diminui menos.
Passo 4
Agora, vamos pensar no produto desejado e nos subprodutos e .
Queremos maximizar a produção de e minimizar os subprodutos.
Adicionando um inerte, reduzimos a concentração de , o que diminui e mais do que .
Isso pode ser bom porque:
A relação entre e muda a favor de , mas também reduz a formação geral de subprodutos proporcionalmente.
Além disso, a difusão e o tempo de residência no reator podem ser favorecidos, aumentando a seletividade para .
Passo 5
Além disso, adicionar um inerte pode ajudar a controlar a temperatura no reator. Reações exotérmicas ou endotérmicas podem ser estabilizadas com a presença de um inerte, evitando picos de temperatura que poderiam desfavorecer a formação do produto desejado .
Resposta
Sim, seria conveniente adicionar um inerte na corrente de alimentação do reator PFR. A adição do inerte dilui a concentração do reagente A, o que reduz as taxas das reações que formam os produtos indesejados U e I de forma mais significativa do que a formação de D. Além disso, ajuda a controlar a temperatura do reator, aumentando a seletividade para o produto desejado D.