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:
ll A D & rD=0,0012 e^[26000(1300-1T)] CA A U & rU=0,0018 e^[25500(1300-1T)] CA^1,5 A I & rI=0,00452 e^[5000(1300-1T)] CA^0,5
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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