Um reator contínuo de tanque agitado é usado para produzir um composto R em fase líquida pela reação
. A alimentação entra no reator a uma vazão volumétrica
, a concentração do reagente na alimentação é
. O volume do conteúdo do tanque é
e reator pode ser considerado perfeitamente misturado, tal que a densidade e a concentração de A são iguais a da corrente da saída. Para este processo a velocidade de consumo de A é dada por
. Analise o processo de acordo com entrada e saída de matéria, o regime de operação e escreva a equação de balanço para o componente A .
Passo 1
Vamos começar entendendo o que a questão está pedindo. Temos um reator contínuo de tanque agitado (CSTR) onde a substância A está reagindo para formar R. Precisamos analisar esse processo considerando a entrada e saída de matéria, identificar o regime de operação e escrever a equação de balanço para o componente A. Para isso, vamos usar conceitos de balanço de massa e cinética de reações químicas.
Passo 2
Primeiro, vamos listar as informações fornecidas:
- Vazão volumétrica de entrada:
(L/s) - Concentração de A na entrada:
(mol A/L) - Volume do reator:
(L) - Taxa de consumo de A:
(mol A/s)
Também sabemos que o reator é perfeitamente misturado, o que significa que a concentração de A na saída é a mesma que a do reator.
Passo 3
O regime de operação é contínuo e em estado estacionário, ou seja, as variáveis do sistema (como concentração e vazão) permanecem constantes ao longo do tempo.
Passo 4
Vamos escrever a equação de balanço de massa para o componente A. Em estado estacionário, a quantidade de A que entra no reator deve ser igual à quantidade que sai mais a quantidade que é consumida na reação. Assim:
Passo 5
Substituindo os termos na equação:
Onde:
-
é a taxa de entrada de A. -
é a taxa de saída de A. -
é a taxa de consumo de A.
Passo 6
Sabemos que
, então substituímos na equação:
Passo 7
Fatorando
no lado direito:
Agora, isolamos
:
Resposta
A concentração de A no reator é: