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.