Questão 5 (2 pontos) - Considere a reação . 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:
A reação de A para B (k₁) ocorra de forma eficiente.
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.