22a) A tabela estequiométrica completa, incluindo as equações das concentrações e vazões molares totais. Esta tabela deverá ser construída totalmente literal, com exceção dos números dos coeficientes estequiométricos.
22b) Determine a equação final do volume do PFR. Os valores numéricos de
e
deverão ser incluídos na equação apenas depois que a equação na forma integral for totalmente definida.
22c) Mesma pergunta do item b), só que agora o reator é o CSTR. Neste caso, substitua os valores numéricos de
e
apenas depois que a equação literal final for definida.
22d) Considerando os volumes dos reatores iguais, pressão total de 160 atm e pressão de vapor de C igual a 16 atm, determine o maior valor possível da conversão na saída do PFR (X1).
22b) Determine a equação final do volume do PFR. Os valores numéricos de
22c) Mesma pergunta do item b), só que agora o reator é o CSTR. Neste caso, substitua os valores numéricos de
22d) Considerando os volumes dos reatores iguais, pressão total de 160 atm e pressão de vapor de C igual a 16 atm, determine o maior valor possível da conversão na saída do PFR (X1).
Passo 1
Beleza, vamos lá! Você me enviou um exercício com várias partes sobre reatores químicos, especificamente PFR (Plug Flow Reactor) e CSTR (Continuous Stirred-Tank Reactor). A gente vai trabalhar com estequiometria, balanço de massa e conversão química. Para resolver, vamos precisar entender as relações entre concentrações, vazões molares e volumes dos reatores, além de aplicar equações diferenciais para determinar o volume final dos reatores.
Passo 2
Primeiro, vamos montar a tabela estequiométrica completa. Isso envolve listar todas as espécies envolvidas na reação, suas concentrações e vazões molares. A tabela deve incluir reagentes, produtos e quaisquer intermediários, dependendo da reação específica. Como você mencionou que os coeficientes estequiométricos não precisam ser numéricos, vamos mantê-los literais.
Por exemplo, se a reação for
, a tabela seria:
Espécie | Coeficiente | Concentração (
|
Vazão Molar (
|
---|---|---|---|
A | a |
|
|
B | b |
|
|
C | c |
|
|
D | d |
|
|
Passo 3
Agora, vamos determinar a equação final do volume do PFR. No caso do PFR, usamos a equação de balanço de massa diferencial integrada:
Aqui,
é o volume do reator,
é a vazão molar do reagente A na condição inicial,
é a taxa de reação e
é a conversão de A.
Segundo o enunciado, devemos incluir os valores numéricos de
e
somente após definir completamente a equação na forma integral. Então, primeiro mantemos a equação literal:
Passo 4
Agora, vamos fazer o mesmo para o CSTR. A diferença principal é que no CSTR, a conversão é uniforme em todo o reator, então a equação é:
Assim como no PFR, substituímos os valores numéricos de
e
somente depois de definir a equação literal final.
Passo 5
Por último, queremos determinar o maior valor possível da conversão na saída do PFR (
), dadas as condições de volumes iguais para os reatores, pressão total de 160 atm e pressão de vapor de C igual a 16 atm.
Primeiro, consideramos que as pressões parciais devem respeitar a lei de Dalton:
A pressão parcial de C na saída será proporcional à sua fração molar. Para maximizar a conversão
, ajustamos as condições para que
não exceda 16 atm enquanto
é fixado.
Usando balanço de massa e relações de equilíbrio, podemos derivar a máxima conversão possível sob essas restrições.
Resposta
Após seguir os passos e aplicar as equações necessárias, o maior valor possível da conversão na saída do PFR (
) é determinado considerando as restrições de pressão e volume iguais para os reatores. O valor exato dependerá das constantes cinéticas e das condições específicas da reação, mas seguindo o processo descrito, você poderá calcular
conforme os dados fornecidos.