Um reagente fase líquida passa por dois reatores de mistura em série. Na saída do primeiro reator a conversão é de . Calcular a conversão e a concentração na saída do reator, sabendo que a reação é de ordem em relação a e que .

Passo 1

Vamos resolver um problema de química envolvendo reatores de mistura em série. Temos um reagente A com concentração inicial de 1 mol/L que passa por dois reatores. No primeiro reator, 50% do A é convertido, e a reação é de segunda ordem em relação a A. Precisamos calcular a conversão e a concentração de A na saída do segundo reator, sabendo que o volume do segundo reator é o dobro do primeiro. Para isso, vamos usar conceitos de cinética química e balanceamento de massa em reatores em série.

Passo 2

Primeiro, vamos entender a conversão no primeiro reator. Se a conversão é de 50%, isso significa que metade da concentração inicial de A foi consumida. Então, a concentração de A na saída do primeiro reator é:

Passo 3

Agora, vamos considerar o segundo reator. Sabemos que o volume do segundo reator é o dobro do primeiro, ou seja, . Em reatores em série, cada reator tem seu próprio tempo de residência, e a conversão no segundo reator dependerá da concentração de A na entrada dele, que é .

Passo 4

Como a reação é de segunda ordem em relação a A, a taxa de reação é dada por:
Para reatores em série, podemos usar a relação de conversão para reatores em série de segundo ordem:
Mas precisamos relacionar as conversões. Primeiro, vamos calcular a conversão no segundo reator usando a relação de equilíbrio.

Passo 5

A conversão total em reatores em série é dada pela soma das conversões individuais. Sabendo que , a conversão no segundo reator será menor devido ao maior volume. Podemos usar a relação da segunda ordem para encontrar a conversão :
Substituindo :

Passo 6

Resolvendo para :

Passo 7

Agora, calculamos a concentração de A na saída do segundo reator:

Resposta

A conversão no segundo reator é de aproximadamente 66,67% e a concentração de A na saída do segundo reator é de 0,1667 mol/L.

Exercícios relacionados

A reação de decomposição em fase liquida obedece a seguinte equação de velocidade:
é
Esta reação é realizada em um reator PFR que é alimentado por uma mistura equimolar do reagente A com um solvente inerte I , sendo e a vazão de alimentação é de .
A) Qual o volume deste reator necessário para uma produção de 1.200 mols de T/h?
B) Caso esta reação ocorra em fase gasosa, qual seria a conversão a ser obtida no reator PFR calculado anteriormente, considerando a mesma alimentação?
Você aprendeu que existem basicamente dois métodos para análise de estruturas de treliças planas de forma analítica (método dos nós e método das seções). Explique quando é mais interessante utilizar um ou o outro?
Uma corrente aquosa de reagente ( 4 mols de ) passa através de um reator CSTR e, em seguida um reator pistonado. Encontre a concentração na saída do reator pistonado, se no reator de mistura perfeita . A reação é de segunda ordem com relação a A e o volume unidade pistonado é três vezes aquele da unidade de mistura perfeita.
Uma maneira muito utilizada em reações em fase gasosa ocorrendo dentro de reatores fechados de paredes rígidas é acompanhar a evolução da pressão total do reator ao longo do tempo e em função disto determinar a evolução da pressão parcial dos reagentes. A reação elementar foi estudada através deste método a temperatura de e os dados experimentais obtidos para a sua decomposição em fase gasosa foram os seguintes:
0 20 40 60 80 100 140 200
760 605 518 425 340 280 190 105
Conhecendo-se a cinética desta reação a partir dos dados acima, deseja-se operar esta reação em reatores contínuos a e pressão atmosférica, partir de uma alimentação constituída de em mols de A e o restante de (inerte). Para conversão desejada de e vazão :
a) Qual o volume de um reator de mistura a ser utilizado?