Calcule os volumes dos reatores individuais e o volume total de reatores para duas séries de reatores, uma composta por PFR seguido por CSTR e outra por CSTR seguida por PFR,para os dados de reação apresentados na tabela do exercício 2.2 quando a vazão de alimentação do reagente A é igual a 0,867 mol / s e a conversão intermediária é igual a:
30 %

Passo 1

Beleza, vamos recapitular a parada: o exercício pede pra gente comparar duas filinhas de reatores em série (PFR→CSTR e CSTR→PFR), calculando o volume de cada um e o volume total, sabendo que a vazão molar de A na alimentação é
FA0 = 0,867;mol/s
e que lá pelo meio do caminho a conversão chega em
X1 = 30% = 0,30
Isso é cinética de reatores químicos, usando balanço de mols e as fórmulas padrão:
  • Para PFR: V = FA0,integral0^XdX-rA(X)
  • Para CSTR: V = FA0,X-rAl(Xr)
Na Tabela do exercício 2.2 a reação é de primeira ordem em A, ou seja
-rA = k,CA, CA = CA0(1 - X),
com
CA0 = 2,0;mol/L, k = 0,03;s^-1
Também vamos precisar do débito volumétrico inicial
v0 = FA0CA0 = 0,8672,0 = 0,4335;L/s

Passo 2

Série 1: PFR primeiro, até VPFR1 = FA0integral0^0.30dXk,CA0(1 - X) = FA0k,CA0integral0^0.30dX1 - X = 0,8670,03times 2,0l[-ln(1 - X)r]0^0.30 .
No PFR vale
VPFR1 = 0,8670,06,ln!l(tfrac11 - 0.30r) = 14,45 times ln!(1/0.70) approx 14,45 times 0,3567 approx 5,15;L
Logo

Passo 3

Ainda na série 1, a gente coloca um CSTR para levar a conversão de CA,out = CA0(1 - Xf) = 2,0times 0,20 = 0,4;mol/L, -rA = k,CA,out = 0,03times 0,4 = 0,012;mol/(L,s) até VCSTR2 = FA0,De (supondo que o objetivo final seja 80 %).
No CSTR, avaliado na saída ( ):
O volume do CSTR que converte o ΔX = 0.80 – 0.30 = 0.50 é

Passo 4

Volume total da série PFR→CSTR:
Vrm tot^rm PFRto CSTR = VPFR1 + VCSTR2 approx 5,15 + 36,13 = 41,28;L

Passo 5

Série 2: agora CSTR primeiro, até CA,out = CA0(1 - 0.30) = 1,4;mol/L, -rA = k,CA,out = 0,03times1,4 = 0,042;mol/(L,s) .
Saída do primeiro CSTR:
VCSTR1 = FA0,X1-rA = 0,867times0.300,042 approx 0,26010,042 approx 6,19;L
Volume do CSTR 1:

Passo 6

No segundo estágio (PFR) a gente vai de VPFR2 = FA0integral0.30^0.80dXk,CA0(1 - X) = 0,8670,06, l[!-ln(1 - X)r]0.30^0.80 = 14,45,ln!l(tfrac1 - 0.301 - 0.80r) approx 14,45timesln!(0.70/0.20) approx 18,11;L até .

Passo 7

Volume total da série CSTR→PFR:
Vrm tot^rm CSTRto PFR = VCSTR1 + VPFR2 approx 6,19 + 18,11 = 24,30;L

Resposta

  • Série PFR→CSTR:


  • Série CSTR→PFR:


Exercícios relacionados