Óxido de etileno é um importante intermediário químico produzido pela reação em fase gasosa entre etileno e oxigênio, catalisada por prata suportada em alumina, conforme a equação química a seguir:
Assumindo que a reação é elementar e exotérmica, deduza a expressão para o cálculo do volume de um reator perfeitamente agitado (CSTR) para a condução dessa reação com excesso de
.
Passo 1
Beleza, então o enunciado diz que a gente tem a reação elementar e exotérmica
num reator contínuo bem misturado (CSTR), com oxigênio (B) em excesso.
Conteúdo: projeto de reator (balanço de massa) e cinética química.
O que precisamos:
1) lei de velocidade da reação (por ser elementar);
2) simplificar pra pseudo-ordem dada a sobra de B;
3) fazer o balanço de A num CSTR e achar o volume V.
Passo 2
Primeiro, lei de velocidade de reação elementar.
Reação elementar significa que a velocidade é proportional aos reagentes na estequiometria dada:
Reação elementar significa que a velocidade é proportional aos reagentes na estequiometria dada:
onde
-
-
-
Passo 3
Como o
está em grande excesso,
praticamente não varia ao longo do reator, então a gente define uma constante “pseudo-constante”
Isso vira uma reação pseudo-primeira ordem em
Explicando: a gente “engana” a reação pensando que só depende de
Passo 4
Agora o balanço de massa de
em regime estacionário no CSTR:
fluxo molar de entrada de – fluxo molar de saída de
+ reação dentro = 0,
ou
fluxo molar de entrada de
ou
A conversão
Substituindo
e
, e lembrando que
(onde
é a vazão volumétrica), fica:
Isolando
$$\boxed{V = \frac{C_{A0}Q,X}{k’,C_{A0}(1-X)}}
= \frac{Q,X}{k’,(1-X)},.
\boxed{V = \frac{Q,X}{k,C_B^{0,5},(1-X)} },. $$
Resposta
V =
, onde
• = vazão volumétrica,
• = conversão de A,
• = constante cinética,
• = concentração de B (excesso).
•
•
•
•