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Enunciado

FenTrans, MecFlu, TransCal e TransMassa - Incropera - Fundamentos de Transferência de Calor e Massa- Ed: 8º - Capítulo 14.Problemas - Ex. 34

Um reator catalítico de platina em um carro é usado para converter monóxido de carbono em dióxido de carbono em uma reação de oxidação com a forma 2 C O + O 2 → 2 C O 2 . A transferência de espécies entre a superfície catalítica e os gases de exaustão pode ser suposta ocorrer por difusão em um filme de espessura L = 8   m m . Considere um gás de exaustão que tem uma pressão de 1,2   b a r , uma temperatura de 500 ° C e uma fração molar de C O de 0,001 . Sendo a constante da taxa de reação do catalisador de k 1 ' ' =   0,005   m / s e o coeficiente de difusão do C O na mistura de 10 - 4   m 2 / s , qual é a concentração molar do C O na superfície do catalisador? Qual é a taxa de remoção de C O por unidade de área do catalisador? Qual é a taxa de remoção se k 1 ' ' for ajustada para tornar o processo limitado pela difusão?

Passo 1

E aí, vem comigo resolver essa questão!

Começamos o nosso problema realizando algumas considerações:

- Estado estacionário;

- Difusão unidimensional;

- Meio estacionário;

- Concentração motal total constante.

Bora para os cálculos!

Passo 2

Calculando a concentração molar do C O na superfície do catalisador:

x A , s x A , L = 1 1 + L k 1 ' ' D A B

Substituindo os dados:

x A , s 0 , 001 = 1 1 + 0 , 008 ⋅ 0 , 0 05 1 0 - 4

x A , s = 7,14 × 10 - 4

Passo 3

Calculando a taxa de remoção de C O por unidade de área do catalisador:

N A , s ' ' = - N A , 0 ' ' = k 1 ' ' C x A , L 1 + L k 1 ' ' D A B

Calculando a concentração molar total para um gás ideal:

C = p R T = 1,2 0,08314 ⋅ 773 = 0,0187   k m o l / m 3

Portanto:

N A , s ' ' = 0,0 0 5 ⋅ 0,0187 ⋅ 0 , 0 0 1 1 + 0,008 ⋅ 0,005 1 0 - 4

N A , s ' ' = 6,68 × 10 - 8   k m o l / s ⋅ m 2

Passo 4

Por fim, calculando a taxa de remoção se k 1 ' ' for ajustada para tornar o processo limitado pela difusão.

Se o processo é limitado por difusão, então:

L k 1 ' ' D A B ≫ 1

Assim:

N A , s ' ' = k 1 ' ' C x A , L 1

N A , s ' ' = 10 - 4 ⋅ 0,0187 ⋅ 0,001 0,008

N A , s ' ' = 2,34 × 10 - 7   k m o l / s ⋅ m 2

E assim finalizamos a nossa questão, até a próxima!

Resposta

x A , s = 7,14 × 10 - 4

N A , s ' ' = 6,68 × 10 - 8   k m o l / s ⋅ m 2

N A , s ' ' = 2,34 × 10 - 7   k m o l / s ⋅ m 2

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