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:
  1. com velocidade
  2. com velocidade
  3. 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:
  1. Para :
    • A velocidade depende de de forma linear ( ).
    • Ou seja, se diminui, diminui proporcionalmente.
  2. Para :
    • A velocidade depende de .
    • Aqui, a diminuição de tem um efeito mais que proporcional sobre .
  3. 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.

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Qual temperatura favorecerá a seletividade do produto desejado ou ?
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 concentração inicial de A deverá ser alta ou baixa para favorecer a seletividade em D?
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:
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.