Questão 5 (2 pontos) - Considere a reação A xrightarrowk 1 B xrightarrowk 2 C. As energias de ativação para k1 e k2 são, respectivamente, 80 e 20 kJ / mol, e k0 é constante. Para maximizar o rendimento de B, é preferivel utilizar: De macer con x
a) CSTR e alta temperatura
b) PFR e alta temperatura
c) CSTR e baixa temperatura
d) PFR e baixa temperatura

Passo 1

Beleza, vamos lá! A questão fala sobre uma reação química onde A vira B e depois B vira C, com diferentes energias de ativação para cada etapa. Nosso objetivo é descobrir qual configuração de reator e qual temperatura usar para maximizar a quantidade de B no final. Para isso, vamos precisar entender conceitos de cinética química e de tipos de reatores, especificamente CSTR (Reator Contínuo de Tanque Agitado) e PFR (Reator de Fluxo em Plug).

Passo 2

Primeiro, vamos relembrar o que são CSTR e PFR.
  • CSTR (Reator Contínuo de Tanque Agitado): É um tipo de reator onde o conteúdo é bem misturado e a saída tem a mesma composição que o interior. É como uma panela com mistura constante.
  • PFR (Reator de Fluxo em Plug): Aqui, o reagente flui em “pedaços” ou “plugues” sem se misturar muito. A composição muda ao longo do caminho do fluxo, como um rio que passa por diferentes zonas.

Passo 3

Agora, vamos falar sobre as energias de ativação. A energia de ativação é a “energia extra” que as moléculas precisam para reagir. Quanto maior a energia de ativação, mais sensível a reação é à temperatura.
Na nossa questão:
  • k₁ (A → B) tem Eₐ = 80 kJ/mol
  • k₂ (B → C) tem Eₐ = 20 kJ/mol
Isso significa que a reação de A para B é mais sensível à temperatura do que a reação de B para C.

Passo 4

Para maximizar o rendimento de B, queremos que:
  1. A reação de A para B (k₁) ocorra de forma eficiente.
  2. A reação de B para C (k₂) seja o menos eficiente possível para que B não seja convertido muito em C.
Como k₁ tem uma energia de ativação maior, ela aumenta mais com a temperatura do que k₂. Portanto, usaremos uma temperatura que favoreça a formação de B mas não tanto a conversão de B em C.

Passo 5

Agora, vamos escolher o tipo de reator:
  • CSTR: Todo o conteúdo do reator está misturado praticamente à mesma temperatura e composição. Isso pode não ser ideal para controlar a quantidade de B, já que tanto k₁ quanto k₂ estão atuando ao mesmo tempo.
  • PFR: Permite que a reação ocorra em etapas, com a composição mudando ao longo do fluxo. Isso facilita a maximização de B, pois podemos otimizar o ponto onde queremos parar a conversão.

Passo 6

Com base nisso, a melhor estratégia é usar um PFR com baixa temperatura. Assim, a reação de A para B ocorre eficientemente devido à alta sensibilidade de k₁ à temperatura, enquanto a baixa temperatura limita a reação de B para C.

Resposta

d) PFR e baixa temperatura

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