ftalato de dibutila (DBP), um agente plastificante, possui um mercado potencial de 12 milhões de lbm/ano e deve ser produzido a partir da reação do n-butanol com ftalato de monobutila (MBP). A reação segue uma lei de velocidade elementar e é catalisada por
. Uma corrente contendo nbutanol e MBP deve ser misturada com o catalisador
imediatamente antes de a corrente entrar no reator. A concentração de MBP na corrente de entrada do reator é de
e a vazão molar de alimentação do butanol é de 5 vezes a do MBP. A constante de velocidade específica de reação a
é de
.h. Existe um CSTR de 1000 galões e equipamento periférico associado disponível para uso neste projeto por 30 dias por ano (operando
).
(a) Determine a conversão de saída no reator de 1000 galões disponível se vc tem que produzir
do mercado previsto. (
)
(b) Como se poderia aumentar a conversão para a mesma
? Por exemplo, que conversão seria alcançada se um segundo CSTR de 1000 galões fosse colocado em série ou em paralelo com o CSTR? (R:
(série))
(c) Para a mesma temperatura e condições de alimentação da parte (a), qual seria o volume de CSTR necessário para se alcançar uma conversão de
para uma vazão molar de alimentação de MBP de 1
? (
)
(d) Compare os resultados do item anterior com aqueles de um PFR necessário para se alcançar uma conversão de
. (
) e discuta os resultados em termos dos tempos espaciais;
(e) Como seus resultados para os itens (a) e (b) mudariam se a temperatura fosse aumentada para
, sendo k agora igual a
, porém a reação reversível com
?
(a) Determine a conversão de saída no reator de 1000 galões disponível se vc tem que produzir
(b) Como se poderia aumentar a conversão para a mesma
(c) Para a mesma temperatura e condições de alimentação da parte (a), qual seria o volume de CSTR necessário para se alcançar uma conversão de
(d) Compare os resultados do item anterior com aqueles de um PFR necessário para se alcançar uma conversão de
(e) Como seus resultados para os itens (a) e (b) mudariam se a temperatura fosse aumentada para
Passo 1
O enunciado trata do projeto de reator contínuo (CSTR) para a reação elementar
em presença de catalisador, com lei de velocidade
onde
é MBP e
é n-butanol. Os dados são: concentração feed de MBP
, razão molar
,
a
F, reator de
, opera
dias/ano
h/dia
h/ano, mercado total
.
Para cada item vamos usar a balança molar para CSTR
Para cada item vamos usar a balança molar para CSTR
com
ajustado para atender a produção desejada.
Passo 2
(a) Produzir
do mercado
. Em
h/ano, massa/h
Mol/h de DBP
. Como
, temos
No CSTR,
,
. Logo
Calculando o coeficiente:
temos
Resolvendo a quadrática resulta
Passo 3
(b) Para dois CSTRs de
em série: no
º estágio
. As correntes de saída do
º têm
No
º estágio, a equação de projeto (unirreversível) é
que numericamente dá
. A conversão total em série é
Em paralelo, cada CSTR recebe metade de
, e a conversão em cada um satisfaz
cuja solução é menor que a de um único, aproximadamente
.
Passo 4
(c) Para
e
:
Passo 5
(d) Para PFR,
que ao avaliar dá
.
Espaço temporal CSTR: .
Para PFR: . O PFR requer muito menor
.
Espaço temporal CSTR:
Para PFR:
Passo 6
(e) A
F a reação é reversível com
,
, logo
. A lei é
Para CSTR único, a balança molar é
com
,
,
. Substituindo e dividindo por
resulta
Numericamente
, resolvendo dá
Em dois CSTRs em série, o
º estágio também atinge
. No
º,
com
,
,
. Calcula-se
e a fração convertida no
º estágio
, dando conversão total
Resposta
(a)
.
(b) Série: ; Paralelo:
.
(c) .
(d) ,
,
.
(e) A F: CSTR único
; dois em série
.
(b) Série:
(c)
(d)
(e) A