5)

O componente puro é alimentado em um reator de mistura perfeita; Re S são formados e as seguintes concentrações de saida são medidas. Encontre um esquema cinético para ajustar os dados.
Corrida
1 50 40 10 5
2 20 40 40 20

Passo 1

O enunciado diz que um reator de mistura perfeita (CSTR) recebe um fluxo com CA0=100 e, no steady-state, sai com concentrações medidas de CA, CR e CS para duas corridas de tempos de residência tau. Queremos propor um esquema cinético que explique esses dados, usando as equações de balanço de massa para CSTR em regime estacionário.

Passo 2

Escrevemos o balanço de massa para o componente A. A vazão volumétrica dividida pelo volume do reator é F/V=1/tau, e a única reação que consome A é de primeira ordem, rA = k1CA. No steady-state:
CA0-CAtau ;=; k1,CA
Rearranjando, obtemos
CA ;=;CA01 + k1,tau

Passo 3

Usamos a corrida 1 ( tau1=5, CA1=50) para achar k1:
50 = 1001 + 5,k1 Longrightarrow 1 + 5,k1 = 2 Longrightarrow k1 = 0,2;min^-1
Verificamos que, para tau2=20, isso também dá CA2=100/(1+20cdot0,2)=20, conforme o experimento.

Passo 4

Agora o balanço para o intermediário R. Ele é formado de A e consumido em uma reação de primeira ordem R to S com rRto S=k2CR. No steady-state:
CRtau = k1,CA ;-; k2,CR Longrightarrow CR = k1,CA,k2 + 1/tau,

Passo 5

Usamos a corrida 1 ( tau1=5, CA1=50, CR1=40) para achar k2:
40 = 0,2 times 50k2 + 1/5 ;=;10k2 + 0,2 Longrightarrow k2 + 0,2 = 0,25 Longrightarrow k2 = 0,05;min^-1
Checamos na corrida 2: CR2=(0,2cdot20)/(0,05+1/20)=40, batendo com o dado.

Passo 6

Finalmente, o produto S é formado pela reação de R e sai no fluxo. Pelo balanço:
CStau = k2,CR Longrightarrow CS = k2,tau,CR
Na corrida 1: CS1=0,05cdot5cdot40=10. Na corrida 2: 0,05cdot20cdot40=40. Confere com os dados.

Resposta

Esquema cinético em série:
A xrightarrowk1=0,2,min^-1 R xrightarrowk2=0,05,min^-1 S

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