- Assinale a alternativa correta em relação a reatores ideais:
(A) A composição em um reator de mistura ideal é função apenas da posição no interior do reator.
(B) A condição de escoamento pistonado em um reator tubular ocorre quando as moléculas no interior do reator possuem tempos de residência diferentes entre si.
(C) De maneira geral, reações em fase gasosa podem ser conduzidas em reatores tubulares.
(A) A composição em um reator de mistura ideal é função apenas da posição no interior do reator.
(B) A condição de escoamento pistonado em um reator tubular ocorre quando as moléculas no interior do reator possuem tempos de residência diferentes entre si.
(C) De maneira geral, reações em fase gasosa podem ser conduzidas em reatores tubulares.
Passo 1
O enunciado pede que eu assinale a alternativa correta entre as três afirmativas dadas sobre reatores ideais. As afirmativas são:
A) A composição em um reator de mistura ideal é função apenas da posição no interior do reator.
B) A condição de escoamento pistonado em um reator tubular ocorre quando as moléculas no interior do reator possuem tempos de residência diferentes entre si.
C) De maneira geral, reações em fase gasosa podem ser conduzidas em reatores tubulares.
A) A composição em um reator de mistura ideal é função apenas da posição no interior do reator.
B) A condição de escoamento pistonado em um reator tubular ocorre quando as moléculas no interior do reator possuem tempos de residência diferentes entre si.
C) De maneira geral, reações em fase gasosa podem ser conduzidas em reatores tubulares.
Passo 2
Vamos entender o que significa “reator de mistura ideal” (também chamado de CSTR — Continuous Stirred Tank Reactor). A ideia física é simples e intuitiva: o interior do reator é perfeitamente agitado, de forma que qualquer ponto do fluido tem a mesma composição. Isso implica que não existem gradientes espaciais de concentração dentro do reator. Em termos matemáticos, se
representa a concentração ao longo de uma direção do reator, a condição de mistura perfeita dá
ou seja,
constante em todo o volume. Conclusão direta: a composição não varia com a posição. Portanto a afirmativa A, que diz que a composição é função apenas da posição, está incorreta — num CSTR a composição é independente da posição (é constante).
Passo 3
Agora o que é “escoamento pistonado” (plug flow) num reator tubular (PFR — Plug Flow Reactor)? Pense num êmbolo que empurra o fluido ao longo de um tubo sem mistura axial: cada “fatia” de fluido entra, atravessa o reator e sai mantendo sua identidade (não troca massa com fatias à frente ou atrás). Isso significa que todos os elementos que entram num mesmo instante têm o mesmo tempo de residência
dentro do reator. Em termos de distribuição de tempos de residência (RTD), o PFR ideal tem uma distribuição muito estreita, idealmente uma delta de Dirac centrada em
. Logo, a condição de escoamento pistonado ocorre quando as moléculas/elementos têm tempos de residência iguais (ou muito próximos), e não diferentes. A afirmativa B afirma o contrário (que ocorre quando os tempos são diferentes), então B é falsa.
Passo 4
Sobre reações em fase gasosa e reatores tubulares: na prática e na teoria, muitas reações gasosas são conduzidas em reatores tubulares. Razões simples e didáticas:
- Em fase gasosa é comum que o escoamento apresente comportamento próximo ao plug flow, sobretudo em tubos longos com pouca mistura axial; isso favorece o uso de modelos PFR.
- Tubulares permitem trabalhar com altas vazões, controlar perfil de temperatura ao longo do comprimento e empregar catalisadores em leitos embalados (para reações heterogêneas gasosas).
- Exemplos: muitos processos industriais gasosos (oxidações, sínteses catalíticas, reatores de combustão) usam reatores tubulares ou leitos fixos tubulares.
A afirmação C diz que, de maneira geral, reações em fase gasosa podem ser conduzidas em reatores tubulares — isso é correto e razoável como afirmativa geral. (Obviamente há exceções e escolhas de projeto dependentes da reação, transferência de calor e massa, mas a afirmativa é verdadeira como regra geral.)
Passo 5
Recapitulando e tirando a conclusão: A é falsa porque no reator de mistura ideal a composição é uniforme (não depende da posição); B é falsa porque o escoamento pistonado corresponde a tempos de residência iguais para as parcelas do fluido; C é verdadeira porque, de modo geral, reações gasosas são frequentemente e adequadamente conduzidas em reatores tubulares.
Resposta
(C)