Para uma mesma vazão de alimentação (
), que sistema darā o menor volume total:
a) Dois reatores PFR de mesmo tamanho conectados em série, ou
b) Conectados em paralelo ?
(Para o sistema em paralelo considere as vazões de alimentação dos reatores iguais)
a) Dois reatores PFR de mesmo tamanho conectados em série, ou
b) Conectados em paralelo ?
(Para o sistema em paralelo considere as vazões de alimentação dos reatores iguais)
Passo 1
A questão pede pra comparar dois arranjos de reatores PFR, com a mesma vazão de alimentação
, e ver qual exige menor volume total pra atingir uma dada conversão. O conteúdo é Projeto de Reatores PFR, onde usamos a equação
.
Passo 2
Para um reator PFR a equação de projeto é
ou seja, o volume necessário pra chegar de
até uma conversão
depende da integral da recíproca da velocidade de reação.
Passo 3
No arranjo em série temos dois PFRs de mesmo volume
alimentados pela mesma vazão
. Seja
a conversão total ao final dos dois. A soma dos volumes satisfaz
pois a reação progride gradualmente de 0 até
nos dois estágios.
Passo 4
No arranjo em paralelo a alimentação
se divide igualmente em dois fluxos
, cada um entra em um PFR de volume
. Seja
a conversão de cada ramo (e do misturado final). A equação de projeto de cada reator é
Logo o volume total é
Passo 5
Comparando as duas expressões:
vemos que, para o mesmo
dos reatores, a conversão em série
é maior do que a conversão em paralelo
. Ou seja, com o mesmo volume total de reatores a série dá mais conversão.
Passo 6
Dessa forma, se nós quisermos uma conversão fixa
, o arranjo em série exige volume total menor do que o arranjo em paralelo. Portanto, para a mesma vazão de alimentação e mesma conversão alvo, a configuração em série é a mais econômica em volume.
Resposta
Dois reatores PFR em série dão menor volume total do que em paralelo.