Considere que um CSTR é usado para realizar uma reação de isomerização
em fase líquida e operação adiabática.
Dados: A é alimentado puro;
(a) Esta reação é exotérmica ou endotérmica?
(b) Qual a conversão de equilíbrio a 370 K ?
(c) Defina uma equação da curva que descreve o balanço de energia no reator.
(d) Qual conversão será obtida se
?
(e) Esboce as curvas de conversão em função da temperatura de 320 a 370 K .
(f) Para maximizar a produção de B quando
, qual deverá ser a temperatura de entrada no reator?
(b) Qual a conversão de equilíbrio a 370 K ?
(c) Defina uma equação da curva que descreve o balanço de energia no reator.
(d) Qual conversão será obtida se
(e) Esboce as curvas de conversão em função da temperatura de 320 a 370 K .
(f) Para maximizar a produção de B quando
Passo 1
Resumindo o enunciado, temos um reator contínuo perfeitamente agitado (CSTR) operando adiabaticamente para a reação de isomerização
com alimentação de
puro a
. São dados os calores específicos iguais
e as constantes de velocidade de avanço e de retro‐reação em Arrhenius:
O que se pede:
a) caráter exotérmico ou endotérmico;
b) conversão de equilíbrio a ;
c) equação da curva de balanço de energia;
d) conversão para ;
e) esboço das curvas de conversão em função de de 320 a 370 K;
f) temperatura de entrada que maximiza a produção de em
.
a) caráter exotérmico ou endotérmico;
b) conversão de equilíbrio a
c) equação da curva de balanço de energia;
d) conversão para
e) esboço das curvas de conversão em função de
f) temperatura de entrada que maximiza a produção de
Para resolver precisamos usar a relação de Van’t Hoff para descobrir o sinal de
, a expressão de conversão de equilíbrio
, o balanço material de CSTR para reação reversível de primeira ordem e o balanço de energia adiabático.
Passo 2
Para determinar se a reação é exotérmica ou endotérmica usamos a constante de equilíbrio
Logo
Pela relação de Van’t Hoff
vemos que
. Portanto a reação é exotérmica.
Passo 3
A conversão de equilíbrio a
é
e
Passo 4
No CSTR adiabático o balanço de energia liga o aquecimento por reação com a elevação de temperatura:
resultando em
Estimando
e
obtém‐se
, de modo que
Passo 5
Para a conversão em CSTR com reação reversível de primeira ordem vale
onde
depende de
pela equação do passo anterior. Para
e
resolve‐se iterativamente, encontrando
Passo 6
As curvas de conversão em função de
(de 320 a 370 K) são dadas por duas relações:
Graficamente vê‐se que
decresce com
(exotérmica) e
real do CSTR apresenta máximo em temperatura intermediária (cinética vs. termodinâmica).
Passo 7
Para maximizar
em
faz‐se varredura de
. Cálculos aproximados dão
e valores menores para temperaturas acima. Logo o máximo ocorre próximo de
Resposta
a) Exotérmica.
b) .
c) .
d) para
.
e) Curvas dadas por decrescente e
com pico intermediário.
f) .
b)
c)
d)
e) Curvas dadas por
f)