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:
Entre um reator CSTR e um PFR, ambos com uma única corrente de alimentação, qual deverá ser escolhido para efetuar a reação? Por que?

Passo 1

Vamos resumir o que o exercício pede. Temos o reagente A que se decompõe em três produtos diferentes: o desejado D e dois subprodutos U e I. As velocidades dessas reações estão dadas por equações que dependem da concentração de A e da temperatura T. A pergunta é: entre usar um reator CSTR (Reator de Mistura Contínua) ou um PFR (Reator de Fluxo Contínuo), qual é a melhor escolha para realizar essa reação e por quê? Para resolver isso, vamos precisar entender como funcionam esses tipos de reatores e analisar as velocidades das reações.

Passo 2

Primeiro, vamos entender o que são CSTR e PFR. O CSTR é um reator onde o conteúdo é bem misturado, mantendo uma concentração uniforme ao longo do reator. Já o PFR tem um fluxo contínuo, onde a reação ocorre em um tubo e as concentrações mudam ao longo do percurso do fluxo.

Passo 3

Agora, vamos analisar as velocidades das reações. Temos três reações com diferentes ordens em relação à concentração de A:
  • Reação para formar D: ordem 1 em C_A
  • Reação para formar U: ordem 1,5 em C_A
  • Reação para formar I: ordem 0,5 em C_A
Isso significa que a formação de D depende linearmente da concentração de A, enquanto U e I têm dependências não lineares.

Passo 4

Em um CSTR, como a concentração é uniforme, todas as reações ocorrem simultaneamente com a mesma concentração de A ao longo do reator. Isso pode levar a uma menor seletividade para o produto desejado D, já que as reações indesejadas para U e I também ocorrem com a mesma intensidade.

Passo 5

Por outro lado, no PFR, a concentração de A diminui ao longo do reator. No início, quando a concentração de A é maior, a formação de D ocorre mais rapidamente. Conforme A é consumida, as reações para U e I diminuem sua taxa de formação devido à menor concentração de A, aumentando a seletividade para D.

Passo 6

Além disso, reações com ordens não lineares em relação à concentração de A, como as de U e I, são menos favorecidas em PFR do que em CSTR. Isso porque, à medida que A é consumida no PFR, as reações de ordem superior (como a de U) diminuem mais rapidamente sua taxa de formação, reforçando ainda mais a seletividade para D.

Passo 7

Portanto, considerando que queremos maximizar a produção do produto desejado D e minimizar a formação dos subprodutos U e I, o PFR é a melhor escolha, pois oferece maior seletividade e eficiência na conversão de A para D.

Resposta

Deve-se escolher um reator PFR, pois ele proporciona maior seletividade para o produto desejado D, minimizando a formação dos subprodutos U e I devido às características das velocidades das reações.

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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.
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 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:
A taxa de produção de aumenta invertendo a ordem dos reatores? Qual seria a concentração de na saída do CSTR?
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.
Calcule a conversão de A.