(1,0 ponto) 2. Considere o seguinte sistema de reações em fase gasosa:
B é o produto desejado e X e Y são poluentes infectos, cujo processo de remoção é caro. As reações ocorrem a
e 4 atm , condições nas quais foram determinadas as velocidades específicas dadas. O reagente entra puro no sistema a uma vazão de
.
(a) Esquematize a seletividade instantânea em função da concentração do reagente.
(b) Qual concentração de reagente corresponde à maior seletividade do produto desejado? E qual o valor dessa seletividade?
(c) Qual reator deve ser utilizado? Qual o volume desse reator para obter a maior seletividade?
(d) Suponha que E1
e E2
e E3
. Que temperatura você recomendaria para um único CSTR com um tempo espacial de 10 min e uma concentração de A, na entrada, igual a
?
(a) Esquematize a seletividade instantânea em função da concentração do reagente.
(b) Qual concentração de reagente corresponde à maior seletividade do produto desejado? E qual o valor dessa seletividade?
(c) Qual reator deve ser utilizado? Qual o volume desse reator para obter a maior seletividade?
(d) Suponha que E1
Passo 1
O enunciado apresenta três reações em paralelo em fase gasosa, todas consumindo o reagente A e gerando o poluente X, o produto desejado B e o poluente Y, com velocidades específicas
e constantes
,
,
. A vazão de alimentação pura é
,dm
/min.
Conteúdo: seletividade instantânea, otimização de função de , balanço em CSTR e dependência de temperatura via Arrhenius.
Conteúdo: seletividade instantânea, otimização de função de
Passo 2
Definimos a seletividade instantânea de B em relação aos poluentes X e Y por
Esquematizamos qualitativamente
versus
: para
o denominador cai como
e
; para
domina o termo
no denominador e
. Entre esses extremos há um máximo.
Passo 3
Para achar o máximo de
derivamos e igualamos a zero:
O valor máximo da seletividade é
Passo 4
Para manter
constante escolhemos um CSTR. No regime permanente o balanço de matéria em A dá
Substituindo
,
e o lado direito em
igual a
temos
Passo 5
Para fixar
num CSTR de tempo espacial
,min e
mol/dm
, impomos
Cada
com
,
,
cal/mol e
cal/(mo
). Resolvendo numericamente, obtém-se cerca de
Resposta
(a)
, qualitativamente com pico em
.
(b) ,mol/dm
,
.
(c) Reator CSTR, ,dm
.
(d) Recomendo ,K (
C).
(b)
(c) Reator CSTR,
(d) Recomendo