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 (L/s), 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
Beleza, vamos dar uma olhada no que a gente precisa resolver aqui. Temos um reator contínuo de tanque agitado (CSTR) onde a substância A está reagindo para formar R na fase líquida. A gente precisa analisar como as matérias entram e saem do reator, entender como ele está operando e, finalmente, montar a equação de balanço para o componente A. Para isso, vamos precisar usar conceitos de balanço de massa e entender como funciona um CSTR.
Passo 2
Primeiro, vamos entender as entradas e saídas no reator. Sabemos que a alimentação entra a uma vazão volumétrica de
(L/s) com uma concentração de A igual a
(mol A/L). A saída também tem a mesma vazão
e a concentração de A na saída é
(mol A/L) porque o reator é perfeitamente misturado.
Passo 3
Agora, vamos pensar no regime de operação. Como o reator está operando de forma contínua e em estado estacionário, as condições dentro do reator não mudam ao longo do tempo. Isso significa que a quantidade de A entrando é igual à quantidade de A saindo mais a quantidade de A que está sendo consumida pela reação.
Passo 4
Vamos montar a equação de balanço para o componente A. Geralmente, a equação de balanço de massa para um CSTR em estado estacionário é:
No nosso caso, não temos geração de A, apenas consumo pela reação. Então, a equação fica:
Passo 5
Substituindo a taxa de consumo de A, que é dada por
, temos:
Mas parece que há uma redundância no
. Vamos corrigir isso:
Passo 6
Agora, vamos isolar
para encontrar a concentração de A no reator:
Passo 7
Então, a equação de balanço para o componente A no reator é:
Resposta
A equação de balanço para o componente A no reator contínuo de tanque agitado é:
Exercícios relacionados
Considere a reação
, em fase gasosa, que ocorre em um reator CSTR à pressão e temperatura constantes. Neste reator, verifica-se uma queda da vazão volumétrica de
em relação à vazão volumétrica de entrada. A alimentação deste reator é composta de duas correntes: a da espécie A possui vazão molar de
e concentração de
e a espécie B possui vazão molar de
e
concentração de . Antes de processar esta reação no CSTR, foram realizados testes em um reator batelada isotérmico a volume constante com pressão inicial de 4 atm. Ao chegar em 30 minutos de operação, percebeu-se que a pressão estava em 3 atm. Considerando a lei de velocidade, para a espécie
, como
, determine o volume do CSTR em estudo. Resp. Vcstr=640,5 L
concentração de
Um tanque contém 150 kmols de uma solução aquosa de ácido fosfórico com 5,00% molar de
. Esta solução é concentrada pela adição de ácido fosfórico puro com uma vazão de
. Sabendo que a massa especifica do
é
.
(a) Represente o fluxograma completo do processo; (b) Analise o processo, classifique de acordo com entrada e saída de matéria, diga qual é o regime de operação; © Escreva o balanço de matéria no tanque, represente a expressão que descreve o comportamento desse processo (diga se é diferencial ou integral) e forneça a condição inicial; (d) Use a expressão obtida no item © para deduzir uma expressão para a fração do (em
de solução) e calcule (e) O tempo necessário para concentrar a solução até
.
(a) Represente o fluxograma completo do processo; (b) Analise o processo, classifique de acordo com entrada e saída de matéria, diga qual é o regime de operação; © Escreva o balanço de matéria no tanque, represente a expressão que descreve o comportamento desse processo (diga se é diferencial ou integral) e forneça a condição inicial; (d) Use a expressão obtida no item © para deduzir uma expressão para a fração do
A reação
é conduzida em um sistema de reatores no qual existem dois reatores CSTRs em paralelo de volumes iguais (V1 e V2), cuja vazão molar de alimentação de V2 é o tripulo da vazão de V1. As correntes que saem (efluentes) de V1 e V2 se unem formando uma única corrente que alimenta o reator PFR de volume V3 que é cinco vezes maior do que V1. Denominem a conversão de entrada no PFR de X3 e de saída de X 4 . A corrente que sai do reator V 1 possui uma conversão local de
igual a
(conversão calculada considerando-se a conversão de alimentação deste reator igual a zero). A reação ocorre em fase gasosa, à pressão e temperaturas constantes. Além disto, a alimentação é estequiométrica. A lei de velocidade de reação é de primeira ordem em relação a espécie A, que é a mesma ordem global. Calcule a conversão global X4 da corrente que sai do PFR de volume V3. Resp. X4=0,66
Considere a reação
que acontece em fase gasosa e em dois reatores PFRs em série à temperatura e pressão constantes. A alimentação é equimolar e na saída do primeiro reator, a fração molar de C é igual a 0,18 e a pressão parcial de C é igual a sua pressão de vapor. A vazão molar de alimentação de cada espécie será 15,3 vezes a vazão de líquido produzida na saída do segundo reator. Os valores das conversões calculadas serão aproximados para apenas uma casa decimal.
X | 0 | 0,1 | 0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,9 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
0,193 | 0,170 | 0,165 | 0,129 | 0,122 | 0,094 | 0,087 | 0,071 | 0,072 | 0,042 |
Onde
é dado em
e se refere ao reagente limitante Determine:
a) A tabela estequiométrica completa considerando vazões molares e concentrações.
b) A conversão na qual se inicia a condensação. Resp.
c) A conversão de saída do segundo reator. Resp.
d) A razão entre os volumes do primeiro e segundo reatores (V1/V2). Resp. V1/V2=3,7
a) A tabela estequiométrica completa considerando vazões molares e concentrações.
b) A conversão na qual se inicia a condensação. Resp.
c) A conversão de saída do segundo reator. Resp.
d) A razão entre os volumes do primeiro e segundo reatores (V1/V2). Resp. V1/V2=3,7