Considere a reação homogênea em fase gasosa:
.
reação é essencialmente “irreversível” e sua constante de velocidade em um reator em batelada à volume constante é dada por:
Na temperatura de reação,
. Os compostos A e B estão disponíveis na corrente de gás efluente a partir de uma coluna de absorção, em concentrações de
cada. Uma vazão volumétrica de
desse fluido será processada em um longo reator tubular isotérmico. Se o reator pode ser assumido como um PFR, qual volume é requerido para obter
de conversão da espécie A?
OBS: Em todos os enunciados a seguir, os reatores não apresentam queda de pressão e a reação é conduzida isotermicamente.
Passo 1
Beleza, aqui a ideia é projetar um reator tubular (PFR) para a reação homogênea gasosa
A + B → C + D
com lei de velocidade irreversível
.
Os dados:
•
• Concentrações iniciais
• Vazão volumétrica
• Queremos de conversão.
Conteúdo: balanço de massa em PFR, definição de conversão e integração de taxa.
A + B → C + D
com lei de velocidade irreversível
Os dados:
•
• Concentrações iniciais
• Vazão volumétrica
• Queremos
Conteúdo: balanço de massa em PFR, definição de conversão e integração de taxa.
Passo 2
Primeiro, definimos a conversão de A,
, e expressamos as concentrações ao longo do reator:
Porque A e B começam iguais e reagem 1:1.
Também convertemos unidades para kmol:
.
Porque A e B começam iguais e reagem 1:1.
Também convertemos unidades para kmol:
Passo 3
A equação de projeto do PFR (balanço de massa) é
onde
é o fluxo molar de A na entrada.
Aqui .
E a taxa .
Substituindo :
Aqui
E a taxa
Substituindo
Passo 4
Agora montamos o integral:
Resposta
O volume requerido do reator tubular é
.