( 3 , 5 pontos) Você é um engenheiro de projetos da Chemical Word Corp e tem pela frente a missão de escolher o tipo de reator indicado para a formação de um determinado produto P. Uma série de informações da reação e do reator é apresentada abaixo:
A) Parâmetros da Reação:
A1) Reação Química: A+2 B 2 P
A2) Constante de Velocidade: 0,60 min^-1 a 13^circ C.
A3) Energia de ativação 26,4 kJ mol^-1
A4) A reação é de primeira ordem em relação A
A4) A reação ocorre em fase gasosa a 55^circ C e 5 atm .
B) Parâmetros Gerais
B1) Vazão volumétrica da alimentação: 50 L min^-1
B2) Composição em mols da corrente de alimentação: 20% de A, 50% de B e 30% de inerte.
B3) Conversão desejada é de 70 % de A.
Pergunta-se:
A) O volume do reator pistonado para processar a referida reação a 55^circ C
B) O volume do reator de mistura perfeita para processar a referida reação a 55^circ C
C) Qual reator você escolheria para o processo em questão? Justifique.

Passo 1

O enunciado pede o volume de um reator pistonado (PFR) e de um reator de mistura perfeita (CSTR) para a reação gasosa
A + 2B ;longrightarrow; 2P
de ordem 1 em A, com constante de velocidade k0=0,60min^-1 a 13^circ C, energia de ativação Ea=26,4,kJ,mol^-1, temperatura de operação 55^circ C, pressão 5,atm, vazão volumétrica de alimentação Q=50,L,min^-1, composição molar da alimentação yA=0,20,;yB=0,50,;yI=0,30 e conversão desejada X=0,70 Vamos usar:
– Arrhenius para obter k a 55^circ C
– Equação de projeto de PFR:
V = FA0integral0^XdXk,CA0(1-X)
– Equação de projeto de CSTR:
V = FA0Xk,CA,saída com CA,saída=CA0(1-X) íí

Passo 2

Calcular k a T=55^circ C=328,K via Arrhenius:
k = k0 expl[-tfracEaRl(tfrac1T - tfrac1T0r)r]
com T0=13^circ C=286,K, Ea=26400,J,mol^-1, R=8,314,J,mol^-1K^-1
Calcula-se
tfrac1T - tfrac1T0 = 0,0030488-0,0034965 = -0,0004477,
-tfracEaR,De<al(tfrac1Tr) = -264008,314times(-0,0004477)approx1,42,
k = 0,60exp(1,42)approx0,60times4,14=2,48min^-1

Passo 3

Determinar e . Em fase gasosa ideal à e :
Para PFR,

Passo 4

Para CSTR, a concentração de na saída é .
Logo

Passo 5

Comparando Vrm PFRapprox0,9,L e Vrm CSTRapprox47,L, o PFR exige muito menos volume para atingir 70% de conversão numa reação de primeira ordem. Além disso, o perfil de concentração num PFR tira maior proveito da alta velocidade no início da reação. Portanto, escolheria o reator pistonado (PFR).

Resposta

A) Vrm PFRapprox0,9,L
B) Vrm CSTRapprox47,L
C) Escolheria o PFR, pois seu volume é muito menor e ele aproveita melhor a alta taxa de reação nas regiões de maior concentração.

Exercícios relacionados