Exercícios de Difusão com Reação Química - Lista de Exercícios Resolvida

Uma partícula de carbono em forma de esfera queima no ar através da seguinte reação química:

A reação na superfície do carbono é descrita como sendo irreversível e de primeira ordem:

Considerando que o processo de transferência de massa ocorra em regime permanente e a e constante, determine o perfil de fração molar do oxigênio em função do raio da partícula esférica e o fluxo molar do oxigênio na superfície da partícula de carbono.

Um certo gás é dissolvido em um líquido B contido em uma proveta. Na medida em que A difunde ele sofre reação química na forma , até desaparecer completamente depois de penetrar a uma distância desde a interface gás/líquido. Considerando:

1. a cinética de reação é de ordem zero com respeito a A;
2. reação química lenta ;
3. a concentração do gás A dissolvido é pequena se comparada ao do líquido B;
4. o produto da reação L é altamente solúvel no líquido, o que leva a não influenciar na difusão do soluto A; obtenha expressões para:

• A distribuição da concentração molar de A;
• O fluxo global molar de A na interface gás/líquido;
• A concentração média molar de A.

O soluto-reagente decompõe-se na superfície de uma lâmina catalítica sólida não-porosa segundo a reação irreversível de primeira ordem . O composto faz parte de uma mistura gasosa estagnada de espessura em volta da placa. Estabeleça as equações para o fluxo na superfície da partícula quando:

1. A difusão do soluto controla o fluxo de matéria;
2. A reação química na superfície da partícula controla o fluxo de matéria.

Considere um reator catalítico onde se realiza uma reação irreversível do tipo:

Imagine que a partícula catalítica esteja rodeada por uma película gasosa através do qual difunde o reagente A até alcançar a superfície não-porosa do catalisador. Suponhamos que a reação ocorra instantaneamente sobre a superfície do catalisador e que o produto “B” difunda no sentido contrário do reagente “A”. Considerando o processo de transferência de massa em regime permanente e a T e P constantes e que a reação ocorra sobre uma superfície plana do catalisador, determine o perfil da fração molar e o fluxo molar do soluto “A” em função da espessura da película gasosa “”.

Considere um reator catalítico onde se realiza uma reação irreversível do tipo:

Imagine que a partícula catalítica esteja rodeada por uma película gasosa através do qual difunde o reagente A até alcançar a superfície não-porosa do catalisador. Suponhamos que a velocidade com que o reagente A desaparece na superfície catalítica seja dada por:

Considerando o processo de transferência de massa em regime permanente e a T e P constantes e que a reação ocorra sobre uma superfície plana do catalisador, determine o perfil da fração molar e o fluxo molar do soluto “A” em função da espessura da película gasosa “”.

Um reator catalítico é usado para transformar água () em água pesada (). Supondo que o processo possa ser simplificado para o estudo da transformação de em no reator catalítico, onde na superfície do catalisador em ocorre uma reação instantânea e irreversível do tipo:

Encontre uma expressão para o perfil da fração molar em função da espessura e do fluxo molar do reagente na superfície do catalisador em . Suponha que em a fração molar do reagente ( ) seja igual a e em seja nula. Considere que a reação ocorra sobre uma superfície plana do catalisador e que o processo de transferência de massa ocorra em regime permanente e que o reator esteja operando a T e P constante.

Quais os três tipos de reação que podemos encontrar em processos de difusão? Dê as características de cada uma delas.

Uma corrente gasosa contendo um reagente “A” entra em contato com um catalisador de geometria esférica de raio R. Esta partícula está dentro de um reator catalítico. Nas imediações da partícula catalítica, a concentração do reagente “A” é (moles/cm3 ). A espécie “A” difunde através dos poros existentes no catalisador e converte no produto “B” através de uma reação irreversível e de primeira ordem no sítio ativo do mesmo. O produto “B” difunde no sentido contrário do reagente “A”. Determine o perfil de concentração do reagente “A” em função do raio da partícula considerando que o processo de transferência de massa ocorra em regime permanente e a temperatura e pressão constante.

Sendo:

área da superfície catalítica por unidade de volume do catalisador

constante de velocidade

concentração do reagente