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:
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?
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?
a) Qual o volume de um reator de mistura a ser utilizado?